用於再現計算機圖形圖像的計算機圖形系統以及方法
2023-04-28 02:00:46 1
專利名稱：用於再現計算機圖形圖像的計算機圖形系統以及方法
技術領域：
本發明涉及一種用於再現計算機圖形圖像的計算機圖形系統及其方法。
在三維計算機圖形中，通常通過在所期望的形狀中組合多個多邊形來再現表面。計算機圖形系統通常具有圖形流水線的形式，其中需要根據這種多邊形模型來生成圖像的操作被並行執行，由此來實現較高的再現速度。
可以根據US6,297,833來了解計算機圖形系統。計算機圖形系統包括用於為光柵化器(rasterizer)提供輸入的前端以及安裝臺。輪到它時，所述光柵化器驅動顏色生成器，顏色生成器包括用於生成可選紋理的紋理值的紋理臺，以及用於通過把紋理映射到表面來產生逼真的輸出圖象的合成器臺。為此，所述光柵化器在顯示空間中生成坐標序列並且通過內插相應的紋理坐標來計算。所述合成器臺被配置為通過混合第一紋理值與第一組顏色值來生成第一混合值、混合第二紋理值與第二組顏色值來生成第二混合值並且組合第二混合值與第一混合值，以此來為多邊形圖元的像素生成紋理化的顏色值。
已知系統的缺點在於由於彩色數據必須以明顯高於顯示解析度的解析度來計算，故而圖形保真要求很大的計算工作量。
根據ACM 2002的Proceedings of Graphics Hardware 2002中、由Koen Meinds以及Bart Barenbrug提出的文章「Resample hardwarefor 3D Graphics」的17-26頁(編者為T.Ertl以及W.Heidrich以及M Doggett)可以了解一種完全不同的方法。與從US6,297,833獲知的系統相反，在顯示坐標被內插的同時，所述光柵化器能夠遍歷與待映射的紋理柵格相一致的採樣坐標序列。通過把為內插的顯示坐標而計算的彩色數據映射至顯示柵格，可以獲得顯示上得到的像素值。執行此過程的重新採樣器單元將被表示為顯示空間重新採樣器(DSR)。根據US6,297,833獲知的用於對紋理柵格重新採樣的重新採樣器將被表示為紋理空間重新採樣器(TSR)。
這種圖形系統能夠以減少計算工作量來再現圖形保真的圖像。所實現的圖形保真質量要優於通過4×4超採樣獲得的質量，雖然晶片外存儲器帶寬以及計算成本大致可與2x2超採樣相比。
然而，在該文章中，無法認識到在如這裡所述的圖形系統中如何實現包括諸如相關多紋理化(例如，像用於凹凸環境映射那樣)特徵的可編程像素明暗處理。
本發明的目的在於提供一種計算機圖形系統，其能夠以相對小的計算工作量並以相對寬範圍的視覺效應來再現圖像。
依照此目的，本發明的計算機圖形系統具有如權利要求1所述的特徵。
在依照本發明的計算機圖形系統中，所述光柵化器基於圖元的幾何信息在與所述圖元相關聯的空間中的柵格上生成規則的坐標序列。詞語「相關聯的」表示由所述柵格遍歷的坐標序列由所述圖元來確定。它能夠生成所述序列以便與紋理的柵格相一致。所述顏色生成器使用所述外觀信息向所述坐標指定顏色。由顯示空間重新採樣器對顯示空間中的柵格重新採樣如此獲得的色彩採樣。與根據US6,297,833獲知的方法相比，適當的過濾明顯得以簡化。首先，它便於確定哪些顏色採樣有助於特定的像素。因為圖形保真所需的預過濾器的軌跡與用於定義所述顯示空間的軸對準，故而其便於確定在顯示空間中映射的紋理坐標是否在像素的所述軌跡範圍之內。此外，與反向紋理映射相反，其不必把過濾函數從像素空間變換到紋理空間。最後，因為所述光柵化發生在與所述圖元相關聯的空間中，故而對於過濾處理來說，只有局限於所述圖元的所述空間中的坐標被考慮。所述顏色生成器中的紋理空間重新採樣器能夠對來自任意柵格的基本柵格重新採樣由紋理數據單元提供的紋理數據。所述光柵化器能夠生成與第一序列相關聯的一個或多個內插值序列，包括用於編址紋理採樣的第二坐標序列。詞語「相關聯的」此處指明對於第一序列的每個坐標存在相應的值，或者亦對於第二序列的坐標。第一和第二坐標序列之間的關係例如依賴於所述圖元相對於所述環境的方位。以這種方式，其不僅能夠映射簡單的紋理，而且能夠映射環境數據。所述顏色生成器中的明暗處理單元能夠產生相對寬範圍的視覺效應。這能夠採用適用於如US6,297,833中所描述的系統的明暗處理程序，其使用如多個紋理、相關紋理以及其他的象素明暗處理形式的效應。然而與根據US6,297,833獲知的系統相反，本發明的計算機圖形系統包括紋理空間重新採樣器，用於對由基本柵格定義的空間重新採樣所述紋理數據。正如在
中更加詳細闡明的那樣，這克服了較大緩衝器的需求。
如果可能的話，所述基本柵格是紋理柵格。這樣克服了重新採樣該紋理的需要。重新採樣往往需要額外的計算工作量並且往往會損失圖像質量。
然而，當把不適當的紋理與所述圖元相關聯時，才會出現情況。這種情況諸如是由1D模式描述的紋理，其例如可以用來再現彩虹。另一例子是存為3D(體積的)模式的紋理。權利要求3的實施例還允許通過選擇虛擬柵格來使用這種紋理以再現圖像。
在權利要求4的實施例中，光柵化器還在與輸入坐標相關聯的顯示空間中生成坐標序列。這樣具有如下好處，即顯示空間中的坐標可以僅僅通過內插來計算。作為選擇，顯示空間中的位置可以通過獨立的變換單元來計算，但是這要求浮點乘法和除法。
權利要求5的實施例明顯增加了用於特殊效應的機會。通過將作為輸入坐標的紋理數據反饋到紋理空間重新採樣器，能夠應用如「Real-Time Shading」的第108頁中所述的所謂的凹凸環境映射，該篇文章是2002年由Massachusetts的M.Olano，J.C.Hart，W.Heidrich，M.McCool，A K Peters，Natick提出的。
權利要求6的實施例還減少了對於如下那些情況的計算，即只有簡單的紋理被映射至所述圖元的表面。簡單紋理的定義排除了環境數據以及如凹凸環境映射中那樣遞歸地定義紋理的情況。當映射一個或多個簡單的紋理時，所述光柵化器可以僅僅在對應於存儲有紋理的柵格的柵格中生成輸入坐標。所述旁路裝置使光柵化器能直接向所述紋理信息單元提供紋理坐標。所述旁路裝置例如可以是從光柵化器到紋理信息單元的獨立連接。換句話說，它例如可以是用於令後者在對應於由光柵化器生成的柵格的柵格中進行重新採樣的紋理空間重新採樣器模塊。
在如權利要求7所述的實施例中，光柵化柵格選擇單元經由圖元選擇柵格。如果把任何非相關訪問的2D紋理與所述圖元相關聯，那麼選擇單元從它們中選出具有最高分辯率的紋理映射(因此潛在地具有最高圖像頻率)。由於這種紋理不需要由紋理空間重新採樣器來重新採樣，所以這樣確保了最高的質量。如果不存在適當的2D紋理映射，那麼為光柵化器構造經由所述圖元的「虛擬」柵格以便遍歷，並且在其上執行所述像素明暗處理。以這種方式，圖元受各式各樣的明暗處理方法(僅次於2D紋理的應用)的支持，諸如採用簡單的Gourraud明暗處理、程序性的明暗處理、1D紋理、3D紋理等等來明暗處理的圖元。
如權利要求8所述那樣，通過選擇在最高分辯率中可用的紋理柵格，當對這種柵格重新採樣其他紋理數據時，可獲得最優質量。
權利要求9的實施例具有如下好處，即採樣距離可以適應於給出圖像質量和計算簡單性的最佳組合的值。在通過貼圖(mipmap)提供紋理數據的實施例中，這是尤其有益的。可選出與採樣舉例最匹配的所述貼圖部分。
本發明還包含用於再現如權利要求10所述的計算機圖形圖像的方法。
將參照附圖來更詳細地描述本發明的這些以及其他方面。其中圖1示意性地示出了現有技術的計算機圖形系統，圖2示意性地示出了另一現有技術的計算機圖形系統，圖3示意性地示出了通過組合圖1和2中示出的計算機圖形系統來構造的計算機圖形系統，圖4示意性地示出了依照本發明的圖形系統，圖5更詳細地示出了圖4的計算機圖形系統的顏色生成單元，圖6示意性地示出了操作方法，圖7示意性地舉例說明了所述操作的一個方面，圖8A示出了圖元的第一例子，圖8B示意性地舉例說明了所述操作的另一方面，圖9示出了圖元的第二例子。
圖1示意性地示出了現有技術的計算機圖形系統，其被設置為圖形流水線。已知的圖形流水線包括用於向光柵化器提供圖元的模型信息檢索單元MIU，例如包括頂點明暗處理器。每一圖元可以包括與諸如三角形之類的幾何單元相關聯的一組數據。所述數據包括幾何數據和外觀數據，所述幾何數據例如三角形頂點的坐標。所述模型信息檢索單元例如可以經由OpenGL或者Direct3D API來編程。應用程式設計員可以讓頂點明暗處理器在每一頂點執行程序，並且向頂點明暗處理器提供幾何和外觀數據，諸如每個頂點的位置、法線、顏色和紋理坐標。常規的頂點明暗處理器的詳細說明可以在2001年8月由ErickLindholm、Mark J.Kilgard和Henry Moreton發表的「Auser-programmable vertex engine」的Proc.Siggraph 149-158頁中找到。
所述光柵化器RU遍歷這些圖元來向明暗處理單元SU提供表示一個或多個相關聯的紋理映射內的地址的信息。一個或多個紋理空間重新採樣器TSR隨後從光柵化器指明的地址獲得紋理數據。由紋理空間重新採樣器提供的顏色信息按照對應於顯示它的空間、即顯示空間的柵格來對準。所述明暗處理單元SU按照當前明暗處理程序來組合所述顏色信息。此組合的結果要麼用作為下一遍的紋理數據單元TDU中的地址，要麼被轉送至邊緣圖形保真和隱藏面消除EAA HSR子系統。通常，所述EAA HSR子系統對邊緣圖形保真使用超採樣或者多次採樣，並且對隱藏面消除使用z緩衝器技術。通過EAA HSR子系統提供的最終圖像被存儲在幀緩衝器FB中以便顯示。
圖2示意性地示出了按照上述的文章「Resample hardware for 3DGraphics」的計算機圖形系統的一部分。響應於圖元的輸入流，光柵化器RU為紋理數據單元TDU生成紋理坐標序列，並且把映射的重構過濾器軌跡提供給顯示空間重新採樣器DSR，所述DSR用於對顯示空間重新採樣由紋理數據單元提供的紋理數據。所述紋理數據單元TDU可以經由4D貼圖重構單元3D＞4D被耦合至所述顯示空間重新採樣器DSR。所述顯示空間重新採樣器DSR把像素數據轉送至邊緣反混疊以及隱藏面消除單元EAA HSR。
在圖1中示出的已知的計算機圖形系統中，TSR向所述明暗處理單元SU提供顯示空間中像素柵格上的顏色以及數據。隨後，把它們在顯示空間中組合。對圖2中的計算機圖形系統應用此教導，意味著所述明暗處理單元SU應該被置於顯示空間重新採樣器DSR之後。這樣產生了圖3中所示的組合的體系結構。
在圖3中示出的組合的體系結構中，所述光柵化器RU控制非常簡單的紋理提取單元。除紋理數據單元TDU之外，它可以包括簡單的過濾器3D＞4D以便根據存儲在紋理存儲器中的標準3D貼圖來即時地重構4D貼圖紋理數據，如PHNL010924中、作為IB02/05468提出的那樣。不需要執行其他過濾來獲得由光柵化器遍歷的紋理柵格上的顏色。所述顯示空間重新採樣器DSR獲取這些顏色以及映射的紋理坐標，並且對顯示空間上的像素柵格重新採樣它們。對於每個紋理映射來說，這樣在顯示空間中提供了顏色「層」。所述明暗處理單元可以把所有層組合到最終像素片段中。實際上，這種方式導致了對像素明暗處理的每圖元多道紋理化方法。這樣做具有兩個主要缺點。
第一，所述顯示空間重新採樣器DSR依照對應於所述紋理柵格的順序來遞送其紋理的像素片段顏色，並且由於此順序可以根據不同紋理映射而不同，所以在所述明暗處理單元SU可以組合來自於當前層的顏色以前，需要緩衝器TMP來存儲來自於先前層的(組合)顏色。這樣導致以要求額外的存儲器帶寬的形式的開銷。基於平鋪的再現體系結構可以減輕這種問題，但是卻更加複雜。
第二，諸如於此的多道方式無法處理相關的紋理組構，並且這是當今GPU的像素明暗處理單元中的極為重要的特性。
圖4示出了克服了這些缺點的依照本發明的計算機圖形系統的實施例。它包括模型信息提供單元MIU，可能包括可編程頂點明暗處理器，用於提供表示一組圖形圖元的信息。圖8A示意性地示出了具有三角形形式的圖元。與所述圖元相關聯的第一坐標序列可以通過生成整數值對來生成，其中所述整數值對由三角形的坐標(u1，v1)0、(u1，v1)1以及(u1，v1)2來限制。在其他實施例中，還可以使用任何的多邊形。可以使用諸如Bezier形狀的曲線圖元，而不是平面，如圖9所示。這種圖元可以僅僅通過一對參數來參數化並且具有這些參數的下限和上限值的邊界。圖9示出了通過四對坐標限制的表面的例子。然而。表示貝齊爾三角的三對坐標也足夠了。作為選擇，可以使用高於4的數目。紋理坐標(u1，v1)0，(u1，v1)1，(u1，v1)2以及(u1，v1)3可以與每對邊界關聯。然後，類似地，與所述圖元相關聯的第一坐標序列可以通過生成整數值對來被生成，其中所述整數值對通過所述紋理坐標來限制。所述信息至少包括用於定義圖元形狀的幾何信息以及用於定義圖元外觀的外觀信息，所述幾何信息諸如是其頂點(未示出)的顯示坐標。外觀信息可以包括例如具有紋理坐標形式的紋理信息以及顏色信息，即漫射顏色和/或鏡面顏色。此外，霧顏色可用於模擬霧。舉例來說，示出與圖8A中的圖元頂點相關的第一以及第二紋理的坐標。第一紋理T1的柵格作為基本柵格。用於第一紋理以及第二紋理的坐標分別是(u1，v1)i以及(u2，v2)i，其中i是頂點的編號。此外，可以包括表示處於頂點位置的圖元的法線的信息。
模型信息提供單元是公知的。用於模型信息提供單元的可編程頂點明暗處理單元例如在上述提及的Lindholm等人的文章中更加詳細地描述了。所述模型信息提供單元MIU可以經由OpenGL以及Direct3DAPI來編程。
依照本發明的計算機圖形系統還包括光柵化器(RU)，其能夠生成用於編址第一紋理採樣的第一紋理採樣坐標序列，其與和所述圖元相關聯的基本柵格相一致，此處相關聯的基本柵格是與第一紋理一致的柵格。它還能夠生成與第一序列相關聯的一個或多個內插值序列，包括用於編址第二紋理採樣的第二坐標序列。所述光柵化器RU還能夠按照虛擬柵格生成第一坐標序列。這與沒有紋理與所述圖元相關聯的情況、或者如果所述紋理不適用於二維柵格的情況相關。這諸如是由1D模式描述的紋理的情況，其例如可以用來再現彩虹。另一例子是存為3D(體積的)模式的紋理。由於所述光柵化器為第一序列中的每個坐標生成內插值，所以一個或多個內插值序列與第一坐標序列相關聯。所述內插值可以在生成第一坐標序列的同時被生成，但是作為選擇，也可以在之後生成。
這種光柵化器是公知的。在Proceedings of Graphics Hardware2000中由B.Barenbrug以及其他人提出的「Algorithms for DivisionFree Perspective Correct Rendering」的第7-13頁中給出了光柵化器的詳細說明。
依照本發明的計算機圖形系統還包括顏色生成器，用於使用與所述圖元相關的所述外觀信息來把顏色指定給所述第一坐標序列。所述顏色生成器CG包括用於把紋理數據指定給紋理採樣坐標的紋理數據單元TDU。所述紋理數據單元TDU例如是紋理合成器，其合成每一坐標的紋理值。換句話說，其可以是其中用於存儲預定義紋理的存儲器。所述紋理可以被依照壓縮格式來存儲。所述存儲器還可以包含以不同比例存儲的紋理的多拷貝。用於實現此操作的已知方法例如是3D以及4D貼圖。
所述顏色生成器CG還包括紋理空間重新採樣器TSR(圖5中更詳細地示出)，其被設置為用於響應由明暗處理單元SU提供的紋理採樣坐標uf，vf來提供輸出紋理數據TWu，v。為了提供輸出紋理數據TWu，v，它生成紋理採樣坐標(ui，vi)，該坐標與第二紋理T2的柵格對準。隨後，它從位於那些坐標的第二紋理T2提取數據Tu，v，並且對第一紋理T1的柵格重新採樣提取的紋理數據Tu，v。以這種方式，無法共享同一柵格的紋理映射可以被組合。與根據現有技術獲知的紋理空間重新採樣器TSR相反，本發明的計算機圖形系統中的紋理空間重新採樣器TSR是利用對應於第一紋理上的柵格位置的坐標來被驅動的，而不是利用對應於顯示空間上的柵格位置的柵格位置來被驅動的。
實際上，例如8或者更多的任何紋理映射數目都可以用來定義圖元的外觀。這些紋理映射可以被順序地重新採樣，但是作為選擇，所述顏色生成器可以具有一個以上的紋理空間重新採樣器以及一個以上的紋理數據單元，以便加速重新採樣過程。
所述顏色生成器CG還包括明暗處理單元SU，用於使用所述輸出紋理數據以及由所述光柵化器提供的外觀信息來提供顏色。除紋理數據之外，所述明暗處理單元可以使用各種數據來提供顏色，諸如內插漫射顏色以及法線來計算鏡面反射的作用。
隨後，所述顯示空間重新採樣器DSR對與所述顯示空間相關聯的柵格中的表示重新採樣由顏色生成器指定的顏色。用於把顏色向前映射至顯示柵格的這種過程最好分兩遍來執行，其中在它們彼此沿相互橫切方向之後執行兩次1D過濾操作。然而作為選擇，至顯示坐標的映射可以在單次2D過濾操作中進行。在前述的文章「Resamplehardware for 3D Graphics」中詳細說明了向前映射彩色數據。
由顯示空間重新採樣器DSR提供的數據通過圖形保真以及隱藏面消除單元EAA HSR來處理。其詳細內容可以在申請號為EP02075420.6的早先提交的專利申請PHN020100中找到。此單元的輸出數據可以被提供至幀緩衝器以便顯示，或者由短劃線表示，被提供至紋理數據單元TDU以便後期使用。
圖5還示出了依照本發明的計算機圖形系統的光柵化器RU以及紋理數據單元TDU，並且更詳細地示出了紋理空間重新採樣器TSR以及明暗處理單元SU。
在圖5中示出的實施例中，所述紋理空間重新採樣器TSR包括柵格坐標生成器GCG，用於根據坐標(uf，uf)生成整數坐標(ui，vi)。雖然在所示出的實施例中，所述紋理通過二維坐標來編址，但是作為選擇，能夠使用更高維數的坐標或者一維坐標來編址。由選擇信號Sel控制的選擇元件S1允許把坐標(uf，vf)不變地轉送至紋理數據單元TDU，或者允許選擇重新採樣的坐標(ui，vi)。
所述光柵化器RU被設置為用於在基本柵格上生成規則的坐標序列(u1，v1)。由此序列遍歷的範圍是通過與所述圖元相關聯的數據來加以確定的。為此，所述紋理數據單元TDU經由明暗處理單元SU的選擇元件S3並且經由紋理空間重新採樣器TSR的選擇元件S1被耦合至光柵化器RU。
所述光柵化器RU包括光柵化柵格選擇單元RGSU，用於選擇將由第一坐標序列(u1，v1)遍歷的基本柵格。
所述基本柵格最好是其它紋理T1的柵格。特別的是，當兩個或更多紋理T1、T2與所述圖元相關聯時，所述光柵化柵格選擇單元RGSU選擇在最高解析度有效的相關紋理T1的柵格。
然而，如果沒有適當的紋理是可用的，那麼把虛擬柵格選為基本柵格。所述光柵化器RU能夠使採樣距離逐步適應為在與圖元相關聯的空間和與顯示相關聯的空間之間關係的函數。它是這樣一種情況，其中紋理依照3D或者4D貼圖的形式被存儲，並且透視映射令紋理放大率改變。
所述光柵化器RU還被設置為內插與所述圖元相關的其他數據，諸如一個或多個其它紋理的坐標。所述光柵化器RU向紋理空間重新採樣器TSR提供內插的其它紋理坐標(u2，v2)。如果這些內插的其它紋理坐標與第二紋理T2的柵格相一致，那麼這些坐標可以經由選擇元件S3和S1被傳遞至紋理數據單元TDU。然而如果其它紋理坐標(u2，v2)不一致，那麼通過柵格坐標生成器GCG來計算與所述紋理柵格一致的整數值(ui，vi)。這些內容在圖8B中示意性地示出了。然後，選擇元件S1選擇重新採樣的紋理坐標(ui，vi)作為用於編址紋理數據單元TDU的坐標。如圖8B所示，所述坐標(u2，v2)由第二紋理的4個採樣a-d來圍繞。所述紋理空間重新採樣器TSR從柵格坐標生成器GCG提供的坐標中提取第二紋理T2的相應紋理數據，並且所述過濾器FLT對第一紋理T1的柵格重新採樣這些數據。重新採樣可以通過最近鄰近似法來進行，在這種情況下，所述過濾器FLT僅僅傳遞由TDU生成的一個值Tuv作為最接近的紋理坐標ui，vi產生的結果，其中由GCG生成作為輸出紋理值的TWu，v的所述最接近的紋理坐標ui，vi。作為選擇，所述過濾器可以令選擇元件S2通過選擇由紋理數據單元TDU提供的紋理數據Tu，v而不是過濾器FLT的輸出來執行此功能。作為選擇，重新採樣可以通過內插，例如通過雙線性插值來進行。當使用內插時，編址的紋理數據Tu，v通過過濾器FLT來加權，其中所述過濾器FLT由柵格坐標生成器GCG來控制。通過過濾器FLT計算的值經由選擇元件S2被提供給明暗處理單元SU以便作為輸出紋理值TWu，v。此模式被稱為雙線性過濾。應注意的是，所述紋理空間重新採樣器TSR可以基於更多的輸出坐標(ui，vi)來計算輸出紋理值TWu，v。
實際上，紋理數據往往依照3D貼圖的形式來存儲。這樣做可能會產生如下的結果，即無法找到與紋理柵格相一致的採樣坐標序列。然而，在以IB02/05468提交的PHNL010924中描述了一種方法，該方法能夠根據3D貼圖即時地計算4D貼圖。也根據雙線性插值的這種計算可以通過紋理空間重新採樣器TSR來執行。
所述光柵化器RU還向明暗處理單元SU提供內插的顏色值Cip以及內插的法線值Nip。
如圖所示，除選擇元件S3之外，所述明暗處理單元包括明暗處理模塊SH以及可編程序控制器CTRL。如通過短劃線所示那樣，所述控制器CTRL控制開關S1、S2以及S3以及明暗處理模塊SH。
所述明暗處理模塊SH能夠響應於多個輸入數據來計算顏色Cu，v，所述輸入數據諸如是來自於光柵化器的內插法線Nip以及內插顏色值Cip，以及由紋理空間重新採樣器TSR提供的紋理數據TWu，v，以及環境數據(諸如與位置、亮度屬性有關的信息)。為此，所述明暗處理模塊SH可以使用公知的明暗處理函數，諸如Phong明暗處理。
例如在proceedings Siggraph(1998年7月)中由M.Olano以及A.Lastra提出的「The PixelFlow Shading System，a shading languageon graphics hardware」的第159-168頁中描述了明暗處理方法。還可以參見2001年出版的Microsoft Developer’sNetwork Library的Microsoft DirectX Graphics Programmers Guide，DirectX 8.1版本，並且可以參見2002年在Massachusetts出版的由M.Olano、J.C.Hart、W.Heidrich、M.McCool、A K Peters、Natick撰寫的書「Real-Time Shading」。
所述明暗處理單元SU向顯示空間重新採樣器DSR提供輸出顏色值Cu，v，所述顯示空間重新採樣器DSR用於對推導的顯示坐標重新採樣此值。為此，所述光柵化器RU可以提供顯示坐標的內插值。
如圖5所示，所述明暗處理模塊SH的輸出經由開關元件S3被耦合至紋理空間重新採樣器TSR。
通過重新使用輸出紋理值TWu，v來生成另一紋理坐標，例如把這些輸出紋理值TWu，v添加至輸入坐標(ut，vt)或者通過使用直接作為反饋坐標(uf，vf)的這些輸出紋理值TWu，v，所述反饋設施能夠進行諸如凹凸環境映射的特殊效應。通常，這些反饋坐標不與所述柵格對準。所述柵格坐標生成器GCG根據坐標(uf，vf)生成紋理柵格對準值(ui，vi)。
在圖6的流程圖中示意地舉例說明了用於再現依照本發明的計算機圖形圖像的方法。如圖所示，所述方法包括如下步驟。
在步驟S1，提供表示包括一組圖元的圖形模型的信息。所述信息至少包括表示圖元形狀的幾何信息以及表示圖元外觀的外觀信息。
在步驟S2，生成與基本柵格相一致的第一坐標序列，其中所述基本柵格與所述圖元相關聯。
在步驟S3，生成一個或多個內插值序列，其與第一序列相關聯，並且其包括用於編址紋理採樣的第二坐標序列。如流程圖中所示那樣，步驟S3可以在步驟S2之後被執行，但是作為選擇，可以與步驟S2並行執行。所述基本柵格可以是虛擬柵格，或者是其它紋理的柵格。
在步驟S4，通過生成與來自於第二序列的紋理對準的坐標、提取位於那些坐標的紋理數據並且提供作為所提取的數據函數的輸出數據來獲得與所述基本柵格對準的輸出紋理數據。
在步驟S5，使用所述輸出紋理數據和外觀信息來提供顏色。
在步驟S6，對與顯示相關聯的柵格中的表示重新採樣如此獲得的顏色。
參照圖7的流程圖更詳細地描述了顏色生成器的操作。在步驟S11，確定圖元外觀是否通過兩個或更多紋理來被確定。如果是這樣，那麼在步驟S12把紋理計數器i初始化為0。
然後在步驟S13，驗證當前紋理i的柵格是否與紋理採樣坐標的序列遍歷的柵格相一致。如果是這樣，那麼程序流程繼續步驟S14，並且提取位於該坐標的紋理採樣Tu，v。如果所述紋理柵格i不與紋理採樣坐標序列相一致，那麼在步驟S15通過重新採樣例程來獲得紋理採樣TWu，v，其使用過濾器(諸如雙線性探測器或者高階過濾器)來根據圍繞紋理採樣坐標的紋理值獲得內插紋理值。作為選擇，它可以僅僅獲得處於紋理i的最接近柵格點的紋理值Tu，v。步驟S15可以包括使用早先計算的紋理數據和/或使用其他當前可用的明暗處理數據來生成或者修改採樣坐標，所述其他當前可利用數據諸如是內插顏色Cip以及內插法線Nip。以這種方式，可以獲得諸如凹凸環境映射的相關紋理化效應。
步驟S14或者步驟S15之後，程序流程繼續步驟S16，其中把諸如內插顏色Cip、內插法線Nip以及紋理數據的當前可用的明暗處理數據加以組合。
步驟S16跟隨有步驟S17，其中驗證是否存在與所述圖元相關聯的其它紋理。如果是這樣的話，所述紋理計數器被增加，並且步驟S13直到步驟S17被重複。如果在步驟S17確定最後的紋理被處理，那麼使用紋理值TWu，v、內插顏色Cip以及諸如內插法線Nip的其他數據來計算組合的顏色。
在已經處理了所述圖元的最後紋理之後，把計算的顏色值Cu，v作為下一處理階段的輸入值用於步驟S18，例如用於轉發過濾操作，該操作用於依照圖4的描述對顯示坐標重新採樣所計算的顏色值。轉發過濾操作之前或之後，可以執行一個或多個其他處理步驟，諸如阿爾法-測試、深度測試以及模版測試過程。
如果在步驟S11確定圖元的外觀被確定為小於兩個紋理，那麼執行步驟S19。步驟S19驗證是否僅存在一個紋理。如果是這樣，那麼在步驟S20檢索當前採樣坐標的紋理值。當採樣坐標與所述紋理柵格相一致時，此步驟S20可以直接地檢索紋理採樣，如在步驟S14那樣。或者，如果採樣坐標不與紋理柵格相一致，那麼它可以類似於步驟S15的過程來計算紋理值。隨後，程序流程繼續步驟S21。如果在步驟S19確定沒有紋理與所述圖元相關聯，那麼控制流直接繼續步驟S21。在步驟S21，可以例如使用漫射顏色Cip以及內插法線Nip進行其它顏色計算，其後是步驟S18。
權利要求
1.計算機圖形系統，包括模型信息提供單元(MIU)，用於提供表示一組圖形圖元的信息，所述信息至少包括用於定義圖元形狀的幾何信息以及用於定義圖元外觀的外觀信息，光柵化器(RU)，能夠生成第一坐標序列((u1，v1))，所述第一坐標序列與和所述圖元相關聯的基本柵格相一致，並且能夠生成與第一序列相關聯的一個或多個內插值序列，包括用於編址紋理(T2)採樣的第二坐標序列(u2，v2))，顏色生成器，用於使用所述外觀信息為所述第一坐標序列指定顏色(Cu，v)，所述顏色生成器包括紋理數據單元(TDU)，用於為所述紋理坐標指定紋理數據(Tu，v)，以及紋理空間重新採樣器(TSR)，被設置為用於通過根據第二坐標序列生成與紋理(T2)柵格對準的紋理坐標、從處於所生成的紋理坐標的紋理(T2)提取數據並且對基本柵格重新採樣提取的紋理數據(Tu，v)，來提供輸出紋理數據(TWu，v)。明暗處理單元(SU)，能夠使用所述輸出紋理數據和由所述光柵化器提供的外觀信息來提供顏色(Cu，v)，顯示空間重新採樣器(DSR)，用於對與顯示空間相關聯的柵格中的表示重新採樣由顏色生成器在基本柵格中指定的顏色(Cu，v)。
2.計算機圖形系統，其中所述基本柵格是其它紋理(T1)的柵格。
3.計算機圖形系統，其中所述基本柵格是虛擬柵格。
4.如權利要求1所述的計算機圖形系統，其特徵在於，所述光柵化器(RU)還被設置為用於在與第一紋理坐標((u1，v1))序列相關聯的顯示空間中生成坐標序列。
5.如權利要求1所述的計算機圖形系統，其特徵在於反饋設施(SH，S3，ICG，S1)用於響應於輸出紋理數據(TWu，v)向紋理空間重新採樣器(TSR)提供其它紋理坐標(uf，vf)。
6.如權利要求1所述的計算機圖形系統，其特徵在於旁路設施(S3，S1)用於使光柵化器(RU)能直接向紋理數據單元(TDU)提供紋理坐標((u1，v1))。
7.如權利要求1所述的計算機圖形系統，其特徵在於，所述光柵化器(RU)包括光柵化柵格選擇單元(RGSU)，用於選擇將由第一紋理坐標((u1，v1))序列遍歷的柵格。
8.如權利要求7所述的計算機圖形系統，其特徵在於，其中兩個或更多紋理(T1，T2)與所述圖元相關聯，所述光柵化柵格選擇單元(RGSU)選擇在最高分辯率可用的相關紋理(T1)的柵格。
9.如權利要求1所述的計算機圖形系統，其特徵在於，所述光柵化器(RU)能夠使採樣距離逐步適應為在與圖元相關聯的空間和與顯示相關聯的空間之間關係的函數。
10.用於再現計算機圖形圖像的方法，包括以下步驟提供表示包括一組圖元的圖形模型的信息，所述信息至少包括表示圖元形狀的幾何信息以及表示圖元外觀的外觀信息，生成與基本柵格相一致的第一坐標序列，生成與第一序列相關聯的一個或多個內插值序列，包括用於編址紋理採樣的紋理坐標序列，提供與所述基本柵格對準的輸出紋理數據，這是通過如下步驟實現的根據第二序列生成與所述紋理對準的紋理坐標，提取處於所生成的紋理坐標的紋理的數據，並且提供與作為所提取的數據函數的輸出紋理數據，使用所述輸出紋理數據以及外觀信息來提供顏色，對與顯示相關聯的柵格中的表示重新採樣如此獲得的顏色。
全文摘要
依照本發明的計算機圖形系統包括模型信息提供單元(MIU)、光柵化器(RU)、顏色生成器以及顯示空間重新採樣器(DSR)。所述模型信息提供單元(MIU)提供表示一組圖形圖元的信息，所述信息至少包括用於定義圖元形狀的幾何信息以及用於定義圖元外觀的外觀信息。所述光柵化器(RU)能夠生成第一坐標序列((u
文檔編號G06T15/00GK1748230SQ200480004093
公開日2006年3月15日 申請日期2004年2月2日 優先權日2003年2月13日
發明者B·G·B·巴倫布魯格, K·梅恩德斯 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司